根據現代光電信息技術對信息發送、接收、轉換、傳遞與存儲功能的特殊需求，光學面形可由不規則、復雜非對稱的自由曲面隨意組合而成。光學中的自由曲面是指無法用球面或非球面系數來表示的曲面，主要是指任意非傳統、非對稱的曲面，以及微結構數組和參數向量表示的任何形狀的曲面。

采用先進的數控超精密制造技術可直接加工出自自由曲面光學鏡面，能達到亞微米量級面形精度與納米量級的表面粗糙度。

自由曲面廣泛的應用在以下領域：投影鏡頭、衍射光學器件、頭盔式顯示器、車燈反射面、LED照明系統、汽車HUD抬頭顯示、離軸系統等等。

本文將展示使用synopsys軟件進行離軸反射式光學系統初始結構的設計

第一步是繪制設計簡圖。

這是一個有三個反射鏡的例子，如下圖所示。光線從表面1的左側進入，依次經過位于2,3,4處的反射鏡，然后進入5處的像面。

初步構建出光學系統的結構后，便可以上圖視角建立以表面1中心位置為原點o,x方向坐標均為0的yoz平面坐標系，得到大致的2、3、4、4處反射鏡以及像面的平面坐標：

第2反射鏡：（0,0,140）

第3反射鏡：（0,40,30）

第4反射鏡：（0,40,120）

第5反射鏡：（0,-30,60）

根據格式編寫以下FFBUILD初始結構搜索宏文件：

該系統物方參數設定為無限遠物，視場角2w=4，入瞳半徑為12，可見光波段下工作，系統單位為mm，且最終像面的大小為14*14mm

運行該宏文件得到光學系統初始結構：

可以發現初始結構上各反射鏡的位置與構想的位置較為接近，但是系統并沒有聚焦，所以我們使用搜索初始結構自動生成的優化宏對該結構進行一次初步的優化：

評論留言可以獲得優化宏 

可以發現初始結構形狀已經發生了變化：

現在，像處于正確的位置，以及光線很好的經過所有的反射鏡并且沒有發生遮擋。可以查看現在的結構數據：

結構數據

基本參數

畸變

色差（光學系統由純反射鏡組成所以色差為0）

1視場標準點列圖

至此，一個離軸反射式的光學系統的初始結構就搭建完畢了，各位讀者可以自行嘗試對本文案例的搭建，也可以嘗試自行設計出另外的結構進行嘗試搭建，后續課程中將會繼續對該類光學系統的面型選擇以及優化進行講解，感謝閱讀。（歡迎站內溝通！）